研究成果紹介DVD

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■全編、ダイジェスト、オープニングおよび地球環境予測に関する動画
All play/Digest play/Opening/Long-Term Global Change Projection:
例 : 提供 海洋研究開発機構、
提供 JAMSTEC、
©JAMSTEC
■近未来予測に関する動画
Near-Term Climate Prediction
例 : 提供 東京大学大気海洋研究所、
提供 AORI、
©AORI
■極端現象予測に関する動画
Extreme Event Projection
例 : 提供 気象庁気象研究所、
提供 MRI/JMA、
©MRI/JMA
21世紀気候変動予測革新プログラム
■雲解像モデリングに関する動画
Cloud Modeling
例 : 提供 名古屋大学地球水循環研究センター、
提供 HyARC、
©HyARC
Innovative Program of Climate Change Projection for the 21st Century
■海洋微物理過程に関する動画
Subgrid-Scale Parameterization in the Ocean
例 : 提供 東京大学大学院理学系研究科、
Provided by Graduate School of Science,
The University of Tokyo
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研究成果紹介DVD
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■全編、ダイジェスト、オープニングおよび地球環境予測に関する動画 海洋研究開発機構 事業推進部 TEL：046-867-9242
All play/Digest play/Opening/Long-Term Global Change Projection: Contact point: Research Advancement Division, JAMSTEC Tel: +81-46-867-9242
■近未来予測に関する動画
Near-Term Climate Prediction:
■極端現象予測に関する動画
Extreme Event Projection:
■雲解像モデリングに関する動画
Cloud Modeling:
■海洋微物理過程に関する動画
Subgrid-Scale Parameterization in the Ocean:
東京大学大気海洋研究所 広報室 TEL：04-7136-6430
Contact point: Public Relations Office, AORI, The University of Tokyo Tel: +81-4-7136-6430
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名古屋大学 地球水循環研究センター 気象学研究室 TEL: 052-789-3493
Contact point: HyARC, Nagoya University Tel: +81-52-789-3493
東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室 TEL: 03-5841-7601
Contact point: Office of Communication, Graduate School of Science,
The University of Tokyo Tel: +81-3-5841-7601
■21世紀気候変動予測革新プログラムについて
文部科学省研究開発局環境エネルギー課 Tel:03-5253-4111（内4143）
Innovative Program of Climate Change Projection for the 21st Century: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology-Japan(MEXT) Tel: +81-3-5253-4111 ext.4143
自然との共生の
知恵を求めて
地球環境予測
Long-Term Global Change Projection
研究チーム代表機関：海洋研究開発機構
Research team representative:
Japan Agency for Marine-Earth Science
and Technology (JAMSTEC)
数百年スケールの地球環境予測を行うために
は、
従来の気候モデルで扱われてきた大気や海
洋における物理的プロセスに加え、
海陸生態系
の物質循環や大気中の化学反応プロセスも必要
です。
本研究チームでは、
これらのプロセスを取
り 入 れ た「 地 球 シ ス テ ム 統 合 モ デ ル
(MIROC-ESM)」
を構築しました。
また長期的予測では、
人間の活動とそれに伴う温室効果ガスの
排出量(濃度)が将来どのように変化するのか、
という点も重要です。
そこでいくつかの代表的な
パターンで構成される将来の温室効果ガスシナリオ(Representative Concentration
Pathways, RCPs)を地球システムモデルに適用し、
長期的な地球環境予測を行いました。
本編
では、
温室効果ガス排出量が最も大きいシナリオ(RCP8.5)を用いたときのシミュレーション結
果を紹介しています。
地球システム統合モデルに毎年の人為CO2排出量をシナリオとして与え
る(実際には他の温室効果ガスやエアロゾルの排出、
土地利用変化も同時に与える)と、
大気や海
洋、
陸や海の生態系が相互に作用しながら将来の大気CO2濃度が決定され、
同時に温暖化・気候
変動の様子が描き出されます(00:30∼01:02秒)。
また、
複数のシナリオを用いて予測を行い、
各シナリオでどの程度温暖化が進行するのかを調べるとともに、
各シナリオを達成するために許
予測は不確実性を伴うため、
簡略化気候モデルと組み合わせ
容されるCO2排出量も求めました。
ることによりその不確実性の幅も見積もっています
（01:20∼01:40秒）
。
さらに、
気候変動以外
の地球環境の変化も描き出しています。
気候変動と同時に大気中の複数のメカニズムが働くと、
地表に届く有害紫外線が今後増える可能性があることが示されています(01:02∼01:20秒)。
1
For making projections about long-term
global change, it is required to incorporate
chemical/biogeochemical processes in a
climate model, which consists of physical
processes occurring in atmosphere, oceans, land surface, and sea ice. This is because
these chemical/biogeochemical processes are affected by climate change, as well as
affect climate. In order to make such projections, we developed an Earth system model
(ESM) named “MIROC-ESM” that includes these processes. As the centennial projections
for global change are strongly affected by future changes in human activities and
anthropogenic emissions, we applied scenarios called “Representative concentration
pathways” (RCPs) to the ESM. The movie shows a simulation in which the RCP8.5
scenario with the highest emission of green house gases (GHGs) was applied.
Considering annual GHGs/aerosol emissions and land-use changes, CO2 concentrations
and climate changes were simultaneously projected with the subsystems of the Earth
including land and ocean ecosystems interactively affecting each other [00’30”–01’02”].
In addition, we investigated the degrees of global warming by applying other
scenarios, and analyzed permissible fossil fuel emissions in these scenarios.
Furthermore, we assessed the uncertainties of our model in conjunction with another
ESM with intermediate complexity [01’20”–01’40”]. Our ESM projected other
environmental changes. Considering various atmospheric mechanisms, it is possible that
ultraviolet radiation reaching Earth’s surface will increase despite the recovery of the
Antarctic ozone hole [01’02”–01’20”].
2
近未来気候予測
Near-Term Climate Prediction
研究チーム代表機関：東京大学大気海洋研究所
Research team representative:
Atmosphere and Ocean Research Institute (AORI),
The University of Tokyo
これまでの地球温暖化予測では、将来予想さ
れる人間の経済活動として幾つかの「シナリ
オ」を考え、それらによる温室効果ガスの濃度
変化を大気海洋結合大循環モデル（気候モデ
ル）に与えることで、将来の地球温暖化にとも
なう「平均的な」気候変化を予測していまし
た。これに対して10∼20年程度先の気候変動予測である「近未来気候予測」では、このような
温室効果ガスによる地球温暖化以外に、10年程度の周期を持つ自然変動（十年規模変動）に
よっても予測結果が大きく変わるので、予測精度を向上させるために過去の十年規模変動を
気候モデルで再現する「初期値化」を行うことが有効です。このような長周期の気候変動には
海洋の影響が大きいと考えられているため、過去の観測データを基に海洋の水温と塩分を
「データ同化」と呼ばれる手法で気候モデルに与えることにより、初期値化を行いました。我々
が開発した気候モデルMIROCを用いた将来の気候予測の精度を検証するために過去の気候
について事後予測してみたところ、少なくとも5年程度先までの気温や海面水温は初期値化
を用いた予測手法の方が高い精度で予測できることがわかりました。最後の動画は世界でも
最高クラスの解像度（大気:約60km、海洋:約25km）を持つ気候モデルを用いた将来の海面
水温の予測例で、2006年から2030年までの気候を予測した実験の結果のうち、2027年
頃から2030年頃までの予測結果が示されています。このモデルでは黒潮続流や、熱帯太平洋
などにおける海の渦が表現されていることがわかります。空間解像度の高いモデルを用いた
予測実験の結果は、水災害リスクや農作物・水産資源などの影響や気候変化への対応策を検討
するための基礎資料として利用されることが期待されています。
3
In conventional global-warming projections,
long-term future mean climates have been
projected using atmosphere-ocean coupled
general circulation models (climate models)
in which future changes in the greenhouse
gas concentrations are based on several
“scenarios” of future economy. On the other hand, in the case of near-term climate
prediction for the coming decades, it is effective to initialize a climate model by
reproducing decadal time-scale natural variability as well as anthropogenic global
warming. Since it is considered that oceans play a significant role in low-frequency climate
variability, we have tried to initialize our climate model, named MIROC, by employing a
data assimilation method. In this method, ocean temperature and salinity based on data
collected for decades are considered for the ocean component. In order to estimate the
prediction accuracy of MIROC, hindcasts of the late-20th-century climate are conducted. As
a result, the initialization has the advantage that it is possible to predict the climate about
5 years later than that predicted using a conventional climate projection method The last
animated part in the movie is an example of predicting future sea-surface temperature by
using a high-resolution version of MIROC, whose horizontal resolution is about 60 km for
the atmosphere and about 25 km for oceans. This prediction experiment covers the period
from 2006 to 2030, and the animation shows the results for 2027 to 2030. In this model,
you can see that ocean jets, such as the Kuroshio and Kuroshio Extension, and ocean
mesoscale eddies, such as those in the tropical Pacific, are reproduced. It is expected that
the predicted output of our climate models will provide a basis for more quantitative
assessment of future water hazards, agricultural harvest, and fishery resources, and for
developing more realistic strategies and risk-management options in future.
4
極端現象予測
Extreme Event Projection
研究チーム代表機関：気象庁気象研究所
Research team representative:
Meteorological Research Institute (MRI),
Japan Meteorological Agency (JMA)
極端現象予測チームでは、地球温暖化研究で
は従来用いられていなかった水平方向に非常
に細かい格子を持つ大気モデル「超高解像度
全球大気モデル」を使用し、2030年代および
今世紀末の極端な気象現象の予測を行いまし
た。20km格子間隔で地球全体を覆うこの大
気モデルで、台風やハリケーンの変化、梅雨の変化などの予測を行いました。台風や梅雨は水
平方向に細かい構造を持っており、その構造を正しく再現するには、非常に高い水平解像度を
持つ全球大気モデルが必要です。さらに、この超高解像度全球大気モデルの結果を用いて、日
本付近に領域を限定した5km格子間隔の大気モデル「雲システム解像領域気候モデル」、2km
および1km格子間隔の大気モデル「雲解像モデル」により、日本における集中豪雨などの予測
を行いました。集中豪雨は、局所的に狭い地域に起こることが多く、その再現には日本付近を
覆う非常に高い水平解像度を持つ領域モデルが必要です。動画の中で示されているのは、温暖
化予測実験の中で21世紀末にみられた台風の一例です。実験から、21世紀末には、北西太平
洋域の台風の存在頻度が減少すること、日本などに接近・上陸する台風の平均強度が増大する
こと等が予測されました。得られた地球温暖化予測実験の結果を用い、日本の土砂災害、洪水・
氾濫災害、渇水災害、高潮・高波災害、強風災害の環境変化をその不確実性とともに予測しまし
た。さらに、地球全体と特に危険な地域における洪水災害発生の変化の可能性を予測しまし
た。その他、極端現象予測チームでは、60km格子間隔で地球全体を覆う大気モデルを用い、複
数の実験を行うことにより台風や梅雨の温暖化による変化予測の不確実性の見積もりも行っ
ています。
5
We have made climate projections for the
near future and for the end of the 21st
century by using atmospheric models with
unprecedented superhigh resolution. The
climate change studies were based on a
20-km-mesh global atmospheric general
circulation model; emphasis was placed on extreme events, including tropical cyclones and
heavy precipitation during the East Asian summer monsoon season. The multimodel
ensemble of sea surface temperatures (SSTs) projected using atmosphere-ocean general
circulation models used in the IPCC Fourth Assessment Report (AR4) was used for the
input data for the 20-km-mesh global atmospheric general circulation model with the aim
of obtaining future climate projections (time-slice experiment). Furthermore, with focus
on the local climate change over Japan, 5-, 2-, and 1-km-mesh regional atmospheric
models (5-km-mesh cloud-system-resolving regional climate model, 2-km-mesh
cloud-resolving model, and 1-km-mesh cloud-resolving model) nested in the global model
were used to investigate changes in heavy precipitation. Many reports describing our
superhigh-resolution atmospheric models have already been published; these reports are
cited in the IPCC AR4 and will be cited in IPCC AR5. The uncertainty associated with the
projected climate change was evaluated and quantified using multiple sets of ensemble
experiments to provide information on the reliability of the model outcomes. Using data
computed on the basis of the model projections, environmental changes that may lead to
disasters such as floods, landslides, droughts, storm surges, and strong winds were
evaluated for Japan. In addition, the impact of climate change on river planning in Japan
was assessed. Furthermore, flood risk assessment was extended to a global scale for
collaboration with international projects on disaster mitigation.
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雲解像モデリング
Cloud modeling
研究チーム代表機関：
Research team representative:
Hydrospheric Atmospheric Research Center
(HyARC), Nagoya University
名古屋大学 地球水循環研究センター
地球温暖化に伴う台風の強度変化−雲解像モ
デルを用いた温暖化気候における台風のシ
ミュレーション
台風は地球上に発生する大規模な低気圧の一
typhoons in the future climate.
伴って強度を増すことが示されてきていますが、実際にどれくらい強い台風になるのか、それ
Typhoons are undoubtedly the most
vigorous and devastating weather systems. How intense will they become in the future
global warming climate? This is one of the most challenging atmospheric science problems
because they cause severe disasters in the Asian countries including Japan. An increase in
に伴う風速や降水強度はどれくらい強いものになるのかを量的に示すことは重要な問題で
typhoon intensity has been demonstrated by studies of historical data. This raises great
す。台風は背の高い積乱雲がつくる眼の壁雲とその周辺の降雨帯で構成されています。台風の
concern regarding future change in typhoon intensity in the western North Pacific.
Typhoons have eye-wall composed by deep convective clouds and spiral rainbands. The
large-scale vortex of typhoon is derived by small-scale convective clouds. Consequently, a
numerical model which resolves individual convective clouds is necessary to simulate
つで、暴風や大雨により日本などのアジア諸
国に大きな災害をもたらすとともに水資源としても重要です。最近の研究で、台風は温暖化に
大規模な渦は、実は台風に比べてはるかに小さい積乱雲の集団によって駆動されているので
す。このため台風の強さを量的に予測するためには、積乱雲一つひとつを解像する数値モデル
を用いて台風全体をシミュレーションする必要があります。私たちのチームはそのような雲
解像モデルを開発し、台風の強度をコントロールする眼と眼の壁雲の詳細な構造を再現する
ことで、台風の強度を量的に予測できるようになりました。また、雲解像モデルを用いると、台
風内部や周辺に発生する積乱雲一つひとつを再現することができます。この雲解像モデルを
用いて温暖化した地球に発生する台風のシミュレーションを多数行いました。アニメーショ
ンはその結果の一例で、温暖化気候で発生した台風が過去に例のない強さを保ったまま日本
に接近し、上陸しています。きわめて強い台風のうち、最大地上風速67m/sを超える台風を
typhoons. We developed a cloud resolving model which can simulate a detailed structure
of eye-wall and we can predict typhoon intensity quantitatively. The cloud-resolving
model can simulate individual clouds in and around typhoon. By using the model with
high resolution, we performed simulation experiments of typhoons in the future climate.
The movie shows one of the simulated typhoons and it shows a typhoon in the future
climate approaches and makes landfall over Japan with a very strong intensity. An intense
デルを用いた実験から、今世紀後半の温暖化気候では多くのスーパー台風が発生し、そのうち
typhoon with a maximum surface wind speed which is 67 m/s or larger is called as a
super-typhoon. The typhoon in the movie is a super-typhoon. Our results show that many
super-typhoons occur in the western North Pacific in the future climate and that some of
のいくつかは強度を保ったまま日本に接近、上陸する可能性があることが示されました。
them approach Japan with keeping the super-typhoon intensity.
スーパー台風と呼びます。アニメーションは日本に上陸するスーパー台風の例です。雲解像モ
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Intensity change of typhoon with climate
change: Cloud-resolving simulations of
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海洋微物理過程
Subgrid-Scale Parameterization in the Ocean
研究チーム代表機関：
Research team representative:
Graduate School of Science,
The University of Tokyo
東京大学 大学院理学系研究科
海洋表層における乱流混合過程は、高々数mの
スケールの現象であるものの、海面温度の制
御を通じて気候変動のメカニズムに大きく影
響します。従って、その効果を適切にパラメー
タ化して海洋大循環モデルや大気海洋結合モ
デルに組み込む必要がありますが、この問題は海洋物理学において未だ発展途上の段階であ
り、気候変動を理解する上で大きな不確定性をもたらしています。本課題では、まず、Large
Eddy Simulation（LES）の手法を用いて海洋表層における乱流過程のシミュレーションを
実施し、その結果に基づき、既存の乱流パラメタリゼーションを検証・改良して、高精度な海洋
表層混合層モデルを開発しました。本課題が実施したLES数値計算の一例として、台風やハ
リケーンの通過時を想定した非常に強い風に対する海洋表層混合層の応答の様子を上図に示
します。上方の暖かい水と下方の冷たい水が混ざって混合層が次第に厚くなるとともに、表層
付近の水温が低下していく過程が詳細に再現されました。このようなLESの結果を用いるこ
とにより、海洋混合層モデルの乱流スケールにまで踏み込んだ、詳細な有効性の検証が可能と
なりました。次に、このバージョンアップした海洋表層混合層モデルを海洋大循環モデルに組
み込み、海洋表層混合層の発達過程に関するシミュレーションを行いました。改良した表層混
合層モデルを用いた場合には、強い風や海面冷却により引き起こされた海洋表層における乱
流の発達が従来の場合よりもさらに顕著になるとともに、海洋表層の温度構造の再現性が著
しく向上するという結果が得られました。今回の成果は、次世代の気候変動予測の精度向上に
大きく貢献すると期待されます。
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Subgrid-scale physical processes in the upper
ocean with scales up to a few meters play a
crucial role in determining the sea-surface
temperature, thus controlling air-sea
interactions that lead to climate changes.
Therefore, the accurate parameterization of subgrid-scale ocean processes must be
incorporated in ocean general circulation models as well as coupled atmosphere-ocean
general circulation models. In the present study, first, we accurately simulated turbulent
mixing processes in the upper ocean by using a three-dimensional large eddy simulation
(LES) model. As an example of our calculations, the response of the oceanic mixed layer to
extremely strong wind forcings, such as travelling typhoons, is shown in the figure above.
The LES model clearly demonstrates the turbulent mixing of relatively warm surface water
and colder thermocline water, followed by deepening of thermocline, as well as a
decrease in the sea-surface temperature. On the basis of the results obtained using LES
that directly derive each turbulent quantity, we have assessed and improved the existing
parameterization schemes for subgrid-scale ocean processes. The improved
parameterization scheme was then incorporated in an ocean general circulation model,
and upper ocean simulations have been carried out. The underestimation of the
development of mixed layer features (e.g., the decrease in the sea-surface temperature)
by the existing parameterization schemes has been suitably corrected using the improved
parameterization scheme. Having resolved the ambiguity of the existing parameterization
schemes in this way, we can now expect significant improvement in the ability for
projecting future climate changes.
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